(57)【要約】【課題】安全弁の排出部を閉塞する専用のパーツを設けることなく、ＰＴＣなどの保護素子で安全弁の排出部を塞ぐ独特の構造によって、簡単かつ容易に、しかも安価に多量製作する。保護素子と二次電池を好ましい熱伝導状態に連結する。【解決手段】パック電池は、封口板５に安全弁６を備える二次電池２と、この二次電池２の封口板５に対向して配設している絶縁基板３と、この絶縁基板３と二次電池２の封口板５との間に配設される電池の保護素子４と、二次電池２の封口板５と絶縁基板３との間に充填成形されて絶縁基板３と二次電池２を一体構造とする樹脂成形部１とからなる。パック電池は、保護素子４を、封口板５に設けている安全弁６を覆う構造で二次電池２に接続しており、この保護素子４が安全弁６を保護する状態で、樹脂成形部１を成形して絶縁基板３と二次電池２とを一体構造としている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
封口板(5)に安全弁(6)を備える二次電池(2)と、この二次電池(2)の封口板(5)に対向して配設している絶縁基板(3)と、この絶縁基板(3)と前記二次電池(2)の封口板(5)との間に配設される電池の保護素子(4)と、前記二次電池(2)の封口板(5)と絶縁基板(3)との間に充填成形されて絶縁基板(3)と二次電池(2)を一体構造とする樹脂成形部(1)とからなるパック電池であって、
前記保護素子(4)が、封口板(5)に設けている安全弁(6)を覆う構造で二次電池(2)に接続され、この保護素子(4)が安全弁(6)を保護する状態で、樹脂成形部(1)を成形して絶縁基板(3)と二次電池(2)とを一体構造としてなるパック電池。
【請求項２】
保護素子(4)の一方のリード端子(16)を封口板(5)に溶接して、安全弁(6)を覆う位置に保護素子(4)を配置している請求項１に記載されるパック電池。
【請求項３】
二次電池(2)の外装缶(8)がアルミニウムまたはアルミニウム合金で、封口板(5)に連結している保護素子(4)のリード端子(16)がアルミニウムと異種金属のクラッド材である請求項２に記載されるパック電池。
【請求項４】
保護素子(4)が、二次電池(2)の熱を感知して電流を遮断する温度感知電流遮断素子である請求項１に記載されるパック電池。
【請求項５】
温度感知電流遮断素子がＰＴＣ、ブレーカ、ヒューズのいずれかである請求項４に記載されるパック電池。
【請求項６】
封口板(5)に安全弁(6)を備える二次電池(2)と、この二次電池(2)の封口板(5)に対向して配設している絶縁基板(3)と、この絶縁基板(3)と前記二次電池(2)の封口板(5)との間に配設される電池の保護素子(4)と、前記二次電池(2)の封口板(5)と絶縁基板(3)との間に充填成形されて絶縁基板(3)と二次電池(2)を一体構造とする樹脂成形部(1)とからなるパック電池の製造方法であって、
封口板(5)に設けている安全弁(6)を覆う位置に保護素子(4)を配置して二次電池(2)に連結すると共に、保護素子(4)と絶縁基板(3)とを二次電池(2)に連結して電池のコアパック(10)とし、この電池のコアパック(10)を樹脂成形部(1)を成形する金型(20)の成形室(21)に仮止めし、コアパック(10)の仮止めされた成形室(21)に熔融樹脂を充填して、充填された樹脂を硬化させて樹脂成形部(1)で絶縁基板(3)と二次電池(2)を一体構造に連結するパック電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に絶縁基板と保護素子とを連結して電池のコアパックとし、電池のコアパックを金型の成形室に仮り止めし、成形室に樹脂を充填して、絶縁基板と二次電池との間に樹脂成形部を充填し、金型で成形される樹脂成形部でもって絶縁基板と二次電池とを一体構造に連結しているパック電池とこのパック電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁基板と二次電池を連結して電池のコアパックとし、この電池のコアパックを金型の成形室に仮止めして、コアパックを樹脂成形部にインサートするパック電池は開発されている。このパック電池は、二次電池の封口板と対向するように絶縁基板を設け、この絶縁基板と封口板との間にＰＴＣなどの保護素子を配設して電池のコアパックとする。この電池のコアパックは、絶縁基板と封口板との間に樹脂成形部を充填して成型し、この樹脂成形部でもって絶縁基板と保護素子と二次電池とを一体構造に連結する。この構造のパック電池は、ケースに相当する樹脂成形部を成型する工程で、電池のコアパックの一部をインサート成型して定位置に固定する。したがって、外装ケースに相当する樹脂成形部を成型する工程で、絶縁基板と保護素子と二次電池を一体構造に連結するので組み立て工程を簡素化して能率よく多量生産できる特徴がある。
【０００３】
ただ、この構造のパック電池は、樹脂成形部を成型する熔融樹脂の成型圧で、封口板に設けた安全弁の排出部が閉塞され、あるいは排出部に樹脂が充填されて安全弁の正常な動作を阻害する問題点がある。この欠点を解消するために、安全弁の排出部をシートで閉塞して、樹脂成形部を成型するパック電池が開発されている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００４−６２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるパック電池は、封口板に設けた安全弁の排出部を被覆するように樹脂シートを配設して、二次電池と絶縁基板との間に熔融樹脂を充填して樹脂成形部を成型する。このパック電池は、樹脂シートで安全弁の排出部に樹脂成形部の熔融樹脂が侵入するのを阻止する。したがって、この状態で製造されたパック電池は、安全弁の排出部が樹脂成形部で閉塞されず、開口する安全弁のガスを外部に排気できる。
【０００５】
この構造のパック電池は、電池のコアパックを製造する工程で、樹脂シートを封口板に付着して、安全弁の排出部を塞ぐ必要があるので、製造に手間がかかる欠点がある。また、樹脂シートを付着する位置がずれると、安全弁の排出部が樹脂成形部で閉塞されるので、封口板の正確な位置に付着する必要があり、樹脂シートの付着に高い精度が要求される。とくに、二次電池を薄型電池とするパック電池にあっては封口板の幅が狭く、樹脂シートを正確な位置に付着するのが難しく、位置ずれが不良品を発生する原因となる。
【０００６】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、安全弁の排出部を閉塞する専用のパーツを設けることなく、ＰＴＣなどの保護素子で安全弁を覆う独特の構造によって、簡単かつ容易に、しかも安価に多量製作できるパック電池とこのパック電池の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、保護素子と二次電池を好ましい熱伝導状態に連結できるパック電池とこのパック電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のパック電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池は、封口板５に安全弁６を備える二次電池２と、この二次電池２の封口板５に対向して配設している絶縁基板３と、この絶縁基板３と二次電池２の封口板５との間に配設される電池の保護素子４と、二次電池２の封口板５と絶縁基板３との間に充填成形されて絶縁基板３と二次電池２を一体構造とする樹脂成形部１とからなる。パック電池は、保護素子４を、封口板５に設けている安全弁６を覆う構造で二次電池２に接続しており、この保護素子４が安全弁６を保護する状態で、樹脂成形部１を成形して絶縁基板３と二次電池２とを一体構造としている。
【０００８】
本発明のパック電池は、保護素子４の一方のリード端子１６を封口板５に溶接して、安全弁６を覆う位置に保護素子４を配置することができる。さらに、本発明のパック電池は、二次電池２の外装缶８をアルミニウムまたはアルミニウム合金として、封口板５に連結している保護素子４のリード端子１６をアルミニウムと異種金属のクラッド材とすることができる。
【０００９】
本発明のパック電池は、保護素子４を、二次電池２の熱を感知して電流を遮断する温度感知電流遮断素子とすることができる。さらに、本発明のパック電池は、温度感知電流遮断素子をＰＴＣ、ブレーカ、ヒューズのいずれかとすることができる。
【００１０】
本発明のパック電池の製造方法は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池の製造方法は、封口板５に安全弁６を備える二次電池２と、この二次電池２の封口板５に対向して配設している絶縁基板３と、この絶縁基板３と二次電池２の封口板５との間に配設される電池の保護素子４と、二次電池２の封口板５と絶縁基板３との間に充填成形されて絶縁基板３と二次電池２を一体構造とする樹脂成形部１とからなるパック電池の製造方法である。この製造方法は、封口板５に設けている安全弁６を覆う位置に保護素子４を配置して二次電池２に連結すると共に、保護素子４と絶縁基板３とを二次電池２に連結して電池のコアパック１０とする。さらに、この電池のコアパック１０を樹脂成形部１を成形する金型２０の成形室２１に仮止めし、コアパック１０の仮止めされた成形室２１に熔融樹脂２４を充填して、充填された樹脂を硬化させて樹脂成形部１で絶縁基板３と二次電池２を一体構造に連結する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のパック電池とその製造方法は、安全弁の排出部を閉塞するために専用のパーツを設けることなく、ＰＴＣなどの保護素子で安全弁を覆う独特の構造として、簡単かつ容易に、しかも安価に多量製作できる特徴が実現される。さらに本発明のパック電池とその製造方法は、保護素子と二次電池を好ましい熱伝導状態に連結でき、二次電池の熱を保護素子に直接に伝達できる。このため、二次電池の熱を感応して動作する温度感知電流遮断素子にあっては、速やかに反応して電池を効果的に保護して安全性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池とこのパック電池の製造方法を例示するものであって、本発明はパック電池とその製造方法を以下のものに特定しない。
【００１３】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１４】
図１と図２に示すパック電池は、携帯電話等の携帯用電子機器に使用される。このパック電池は、二次電池２を薄型の角型電池としている。二次電池２を薄型の角型電池とするパック電池は、全体をコンパクトにできるので、携帯電話などの電源に適している。ただし、本発明はパック電池の用途を携帯電話等の携帯機器には特定しない。また、図１のパック電池は、コアパック１０がひとつの二次電池２を備えるが、複数の二次電池を直列又は並列に接続して電池のコアパックとすることもできる。
【００１５】
図２のパック電池は、封口板５に安全弁６の排出部７を開口している二次電池２と、この二次電池２の封口板５に対向して配設している絶縁基板３と、この絶縁基板３と二次電池２の封口板５との間に配設される電池の保護素子４と、二次電池２の封口板５と絶縁基板３との間に充填成形されて絶縁基板３と二次電池２を一体構造とする樹脂成形部１とからなる。
【００１６】
二次電池２は、リチウムイオン二次電池である。この二次電池２は、アルミニウム合金製の外装缶８の開口部をアルミニウム合金の封口板５で密閉している。封口板５はレーザ溶接して外装缶８の開口縁に気密に連結される。封口板５は中央部に凸部電極９を封口板５から絶縁して設けている。この二次電池２は、外装缶８と封口板５をプラス、封口板５に設けた凸部電極９をマイナスとしている。
【００１７】
封口板５は、端部に排出部７となる開口部を設けて、ここに電池の内圧が設定圧力に上昇すると開弁する安全弁６を設けている。図の安全弁６は、電池の内圧で破壊される薄膜で構成される。薄膜の安全弁６は、電池の内圧が設定圧力よりも低い状態で、排出部７を気密に閉塞している。電池が異常な状態で充放電されて、内圧が設定圧力よりも高くなると、安全弁６の薄膜が破壊される。薄膜が破壊されて安全弁６が開弁されると、封口板５の排出部７を通過してガスが排出され、電池の内圧が低下する。この構造の安全弁６を備える二次電池２は、電池の内圧が設定圧力よりも高くなって、外装缶８や封口板５が破壊されるのを防止できる。安全弁は、薄膜に代わって、設定圧力で開弁する全ての構造、たとえば、開閉される弁体を弾性体で押圧して、電池の内圧が設定圧力よりも低い状態では閉弁し、設定圧力よりも高くなると開弁する構造とすることもできる。
【００１８】
絶縁基板３は、電池を保護しなが充放電させる保護回路の電子部品１１を下面に固定している。この絶縁基板３に実装される保護回路は、電池に過電流が流れると、電流を遮断し、また放電している電池の電圧が設定電圧まで低下すると放電電流を遮断し、さらに充電している電池の電圧が設定電圧まで上昇すると充電電流を遮断する保護機能等の回路である。さらに保護素子４は、電池の温度を検出して、電流を遮断し、電池の温度による弊害を防止することもできる。絶縁基板３に実装される保護回路は、二次電池のタイプに最適なように設計される。パック電池の二次電池２は、リチウムイオン二次電池に特定されず、ニッケル−水素電池やニッケルカドミウム電池も使用できる。これらの電池を内蔵するパック電池は、絶縁基板３に実装される保護回路を簡単にできる。また、絶縁基板には保護回路を実現する電子部品を実装しないで、電池と直列に接続される保護素子４のみで電池を保護しながら充放電することもできる。
【００１９】
絶縁基板３は、上面には出力端子１２を固定している。出力端子１２は、図１に示すように、樹脂成形部１に成形して設けられる電極窓１３から外部に表出される。図の絶縁基板３は、一端を接続リード板１４を介して電池の凸部電極９に連結し、他端を別の接続リード板１５を介して封口板５に連結している保護素子４に連結している。絶縁基板３は、成形される樹脂成形部１から突出しないように、樹脂成形部１にインサートされる。この絶縁基板３は、封口板５の幅よりも幅を狭くし、また、長さを封口板５の全長よりも短くする。図の絶縁基板３は、封口板５の約半分の長さとして、封口板５に対向する姿勢で、接続リード板１４、１５を介して二次電池２に連結している。
【００２０】
保護素子４は、二次電池２の熱を感知して電流を遮断する温度感知電流遮断素子である。温度感知電流遮断素子の保護素子４は、電池の温度が異常に高くなるときに電流を遮断するので、電池を高温障害から保護し、またパック電池を安全に充放電できる。温度感知電流遮断素子の保護素子４は、温度が設定温度よりも高くなると電気抵抗が著しく大きくなって、電池の電流を実質的に遮断するＰＴＣである。ただ、温度感知電流遮断素子の保護素子は、ＰＴＣに代わって、ヒューズやブレーカ等の温度感知電流遮断素子も使用できる。
【００２１】
保護素子４を図３に示す。この保護素子４は、保護チップ４Ａの両面にリード端子１６を固定して、保護チップ４Ａに電気接続している。保護チップ４Ａは直方体で、図において上面に第１のリード端子１６Ａを、下面に第２のリード端子１６Ｂを設けている。第１のリード端子１６Ａは、保護チップ４Ａの上面に接続される第１の接続層１６ａと、第１の接続層１６ａに接続されるリード端子板１８とを備える。保護素子４の第１のリード端子１６Ａは、リード端子板１８の上面に接続リード板１５がスポット溶接等の方法で接続されて、この接続リード板１５を介して絶縁基板３に連結される。第１の接続層１６ａは、保護チップ４Ａの外形に等しい金属箔で、保護チップ４Ａの上面に蒸着して接続している。リード端子板１８は金属板で、リフローして第１の接続層１６ａに接続している。リード端子板１８は、接続リード板１５をスポット溶接等で接合するときの熱から保護チップ４Ａを保護できる十分な熱容量となるように、所定の厚さを有する。このリード端子板１８には、例えば、厚さが０．３ｍｍのニッケル板が使用できる。
【００２２】
第２のリード端子１６Ｂは、保護チップ４Ａの下面に接続される第２の接続層１６ｂと、第２の接続層１６ｂに接続されるリード端子板１７とを備える。保護素子４の第２のリード端子１６Ｂは、リード端子板１７が封口板５に接続されて、二次電池２に接続される。このリード端子板１７は、保護チップ４Ａから横に突出して、封口板５に溶接される接続部１７Ａを設けている。第２の接続層１６ｂは、保護チップ４Ａの外形に等しい金属箔で、保護チップ４Ａの下面に蒸着して接続している。リード端子板１７は、封口板５に接続される面をアルミニウムとし、他の面をニッケルなどのアルミニウムと異種金属とするクラッド材である。このリード端子板１７は、リフローして第２の接続層１６ｂに接続している。クラッド材であるリード端子板１７は、レーザー溶接や抵抗溶接で封口板５に安定して確実に連結できる。ただ、リード端子板は、超音波溶接して封口板に連結することもできる。超音波溶接は異種金属を溶接できる。したがって、超音波溶接されるリード端子板を、必ずしもクラッド材とする必要はなく、たとえばニッケル板や銅板とすることもできる。
【００２３】
保護素子４は、安全弁６を覆う構造で封口板５に連結される。図２の保護素子４は、安全弁６の排出部７であって、封口板５に開口された開口部を閉塞するように封口板５に連結している。したがって、保護素子４は、安全弁６の排出部７よりも大きな外形を有する。この保護素子４は、第２のリード端子１６Ｂのリード端子板１７を封口板５に連結して、安全弁６の排出部７を塞ぐ位置に固定される。保護素子４は、安全弁６が開弁する状態で、排出部７からガスを排気できるように、安全弁６の排出部７を塞ぐが密閉しないように封口板５に連結される。さらに、図４に示すように、封口板４５に開口した排出部４７を、封口板４５の外側面において薄膜で閉塞する安全弁４６を備える二次電池は、排出部４７の上方に位置して、排出部４７を閉塞する安全弁４６を覆う位置に、保護素子４を連結する。この保護素子４も、安全弁４６が開弁する状態で、排出部４７からガスを排気できるように封口板４５に連結される。
【００２４】
パック電池は、二次電池２に保護素子４を連結し、さらに保護素子４に接続リード板１５を介して絶縁基板３を連結し、また、絶縁基板３を別の接続リード板１４を介して凸部電極９に連結して、電池のコアパック１０とする。電池のコアパック１０は、二次電池２に保護素子４と絶縁基板３を連結したものである。この電池のコアパック１０は以下の工程で組み立てられる。
（１）封口板５に設けた安全弁６を覆う位置に保護素子４を配置して、第２のリード端子１６Ｂのリード端子板１７をレーザー溶接して封口板５に連結する。
（２）絶縁基板３にふたつの接続リード板１４、１５をハンダ付け等の方法で連結し、あるいは絶縁基板にハンダ付けして連結しているタブにふたつの接続リード板をスポット溶接などの方法で連結する。
（３）保護素子４の第１のリード端子１６Ａに一方の接続リード板１５をスポット溶接して接続すると共に、二次電池２の凸部電極９に他方の接続リード板１４をスポット溶接して接続する。
（４）接続リード板１４、１５をＵ曲して、絶縁基板３を封口板５と平行な姿勢とする。
【００２５】
電池のコアパック１０は、図５に示すように、金型２０の成形室２１に仮止めされて、樹脂成形部１が成形される。樹脂成形部１は、金型２０の成形室２１に充填される熔融状態の樹脂で成形される。樹脂成形部１は、絶縁基板３と封口板５の隙間に充填されて、保護素子４をインサートする状態で成形されて、二次電池２と絶縁基板３と保護素子４を一体構造に連結する。図２のパック電池は、絶縁基板３の上面を電極窓１３を開口する樹脂成形部１で被覆する。電極窓１３は、出力端子１２を外部に表出させる位置に開口される。さらに、図のパック電池は、二次電池２の封口板５の反対側の底面にも樹脂成形部１を成形して設け、底面の樹脂成形部１と封口板５側の樹脂成形部１とを、二次電池２の側縁に沿って設けた連結部を介して連結して一体構造としている。この樹脂成形部１は、封口板５側と底面側とを連結部で連結して、両者を確実に二次電池２に固定できる特徴がある。
【００２６】
樹脂成形部１は以下の工程で成形される。
（１）コアパック１０が金型２０の成形室２１に仮止めされる。仮止め状態で、絶縁基板３と二次電池２を定位置に保持するために、絶縁基板３の外周縁の一部を金型２０に設けた係止部２２で支持し、また二次電池２を局部的に押圧して定位置に支持する支持部２３で支持する。この状態で、二次電池２と絶縁基板３は成形室２１の定位置に保持される。
（２）コアパック１０を仮止めする状態で成形室２１を閉塞し、閉鎖された成形室２１に熔融樹脂２４を充填する。熔融樹脂２４は低温で熔融状態となるウレタンなどの樹脂が使用される。充填された熔融樹脂２４は、絶縁基板３と二次電池２の間に充填され、保護素子４を埋設するように充填され、さらに成形室２１の空隙に充填される。このとき、封口板５の安全弁６は保護素子４で覆われて保護されているので、安全弁６の排出部７に溶融樹脂２４が流れ込んで閉塞されるのが阻止される。
（３）熔融樹脂２４を硬化させた後、金型２０を開いて完成されたパック電池を成型室２１から取り出す。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例にかかるパック電池の斜視図である。
【図２】図１に示すパック電池の一部断面正面図である。
【図３】図２に示すパック電池に内蔵される保護素子の拡大斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかるパック電池の分解断面図である。
【図５】図１に示すパック電池の樹脂成形部を成形する状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…樹脂成形部
２…二次電池
３…絶縁基板
４…保護素子            ４Ａ…保護チップ
５…封口板
６…安全弁
７…排出部
８…外装缶
９…凸部電極
１０…コアパック
１１…電子部品
１２…出力端子
１３…電極窓
１４…接続リード板
１５…接続リード板
１６…リード端子        １６Ａ…第１のリード端子
１６Ｂ…第２のリード端子
１６ａ…第１の接続層
１６ｂ…第１の接続層
１７…リード端子板      １７Ａ…接続部
１８…リード端子板
２０…金型
２１…成形室
２２…係止部
２３…支持部
２４…熔融樹脂
４５…封口板
４６…安全弁
４７…排出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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